NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)重選優(yōu)化方法研究

張 峰

中郵建技術(shù)有限公司

0 引言

NB-IoT是一種基于蜂窩的窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它是低功耗廣域網(wǎng)（Low Power Wide Area Network，簡(jiǎn)稱LPWA）技術(shù)的一種標(biāo)準(zhǔn)，并由3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織）負(fù)責(zé)其標(biāo)準(zhǔn)化制定工作。

NB-IoT主要應(yīng)用于低吞吐量、能容忍較大時(shí)延且低移動(dòng)性的場(chǎng)景，如智能電表、遙感器和智能建筑等。NB-IoT可直接部署于已有的GSM或LTE網(wǎng)絡(luò)中，即可復(fù)用現(xiàn)有基站以降低部署成本，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)。

NB-IoT終端的主要應(yīng)用場(chǎng)景皆屬于低移動(dòng)性場(chǎng)景，為了兼顧NB-IoT的低復(fù)雜度與低成本的需求，在R13中將切換（Handover）流程給移除了。目前，NB-IoT 終端在不同的基站間移動(dòng)時(shí)，先進(jìn)行RRC連接的釋放，然后同新的基站建立RRC連接。

1 NB-IoT重選技術(shù)簡(jiǎn)介

對(duì)NB-IoT來(lái)說(shuō)，目前的移動(dòng)性管理是通過(guò)重選進(jìn)行的。但NB-IoT中，小區(qū)重選的機(jī)制進(jìn)行了相應(yīng)的簡(jiǎn)化處理。由于NB-IoT終端不支持緊急撥號(hào)的功能，所以當(dāng)NB-IoT終端無(wú)法找到合適覆蓋小區(qū)時(shí)，該NB-IoT終端不會(huì)暫時(shí)駐扎（Camp）在Acceptable Cell，取而代之的是持續(xù)搜尋直到找到Suitable Cell為止（根據(jù)3GPP TS 36.304規(guī)格的定義，所謂的Suitable Cell為可以提供正常服務(wù)的Cell，而Acceptable Cell為僅能提供緊急服務(wù)的Cell）。

小區(qū)重選的主要執(zhí)行者是終端，重選整個(gè)過(guò)程網(wǎng)絡(luò)側(cè)的設(shè)備并不參與，所以重選性能的評(píng)估及重選問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)只能通過(guò)路測(cè)進(jìn)行。NB-IoT的小區(qū)重選遵循R準(zhǔn)則，具體計(jì)算公式如下：

Rs= Qmeas,s+ QHyst- Qoあsettemp Rn= Qmeas,n- Qoあset-Qoあsettemp

表1 NB-IoT重選參數(shù)

NB-IoT中Qoあset只針對(duì)異頻重選的頻點(diǎn)而言，同頻重選不再有小區(qū)偏置。

UE對(duì)滿足S準(zhǔn)則的所有測(cè)量到的小區(qū)按照如上R準(zhǔn)則進(jìn)行排序，如果排序?yàn)樽詈玫男^(qū)不是當(dāng)前的服務(wù)小區(qū)，且滿足如下兩個(gè)條件，則觸發(fā)小區(qū)重選（重選到該排序最好的小區(qū)）。

（1）新小區(qū)比原服務(wù)小區(qū)的質(zhì)量好的時(shí)長(zhǎng)超過(guò)Treselection。

（2）UE在原服務(wù)小區(qū)的駐留時(shí)長(zhǎng)超過(guò)1s。如果在重選過(guò)程中找不到合適的小區(qū)，則UE進(jìn)入任何小區(qū)選擇狀態(tài)。

2 NB-IoT重選原則

NB-IoT小區(qū)在重選之前，必須先進(jìn)行鄰區(qū)測(cè)量，鄰區(qū)測(cè)量必須滿足一定的條件。隨著UE成功進(jìn)入小區(qū)駐留狀態(tài)，當(dāng)前只有滿足同頻/異頻測(cè)量規(guī)則時(shí)，才對(duì)鄰區(qū)進(jìn)行測(cè)量與顯示，而不會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)鄰區(qū)進(jìn)行測(cè)量與顯示。下圖是路測(cè)軟件中顯示的小區(qū)重選相關(guān)參數(shù)，通過(guò)系統(tǒng)消息3下發(fā)。

圖1 路測(cè)軟件信令截圖

系統(tǒng)消息3下發(fā)重選門限參數(shù)：當(dāng)前配置下當(dāng)服務(wù)小區(qū)RSRP小于等于-65×2+30×2= -70 才啟動(dòng)對(duì)鄰區(qū)進(jìn)行測(cè)量；RRC層通過(guò)RSRP測(cè)量結(jié)果計(jì)算Srxlev，并將該值與同頻/非同頻測(cè)量啟動(dòng)門限Sintrasearch和Snonintrasearch進(jìn)行比較，作為是否啟動(dòng)鄰小區(qū)測(cè)量的判決條件之一。整個(gè)流程如下圖所示：

圖2 小區(qū)重選流程

（1）UE在進(jìn)行小區(qū)重選時(shí)，根據(jù)當(dāng)前服務(wù)小區(qū)的信號(hào)質(zhì)量對(duì)鄰區(qū)進(jìn)行測(cè)量，當(dāng)前服務(wù)小區(qū)Srxlev的計(jì)算公式與小區(qū)選擇S準(zhǔn)則中公式Srxlev = Qrxlevmeas-Qrxlevmin-Pcompensation–Qoあsettemp相同。

（2）當(dāng)前信號(hào)質(zhì)量Srxlev的計(jì)算公式中Qrxlevmin用的是在SIB1中廣播的小區(qū)最低接收電平值，通過(guò)參數(shù)CellSel.QRxLevMin配置，不使用SIB3、SIB5中Qrxlevmin。

（3）該終端判斷是否需要進(jìn)行異頻測(cè)量時(shí)，實(shí)際條件與特性文檔略有差異：

1）當(dāng)Srxlev≥SnonIntraSearchP時(shí)，不對(duì)異頻鄰區(qū)測(cè)量；當(dāng)Srxlev

2）當(dāng)同頻測(cè)量門限s-IntraSearchP與異頻測(cè)量門限s-NonIntraSearch不變時(shí)，提高參數(shù)CellResel.QRxLevMin配置的同頻鄰區(qū)最低接收電平值或提高EutranInterNFreq.QRxLevMin配置的異頻鄰區(qū)最低接收電平值，并不能使NB-IoT同頻、異頻鄰區(qū)測(cè)量提前啟動(dòng)；提高參數(shù)CellSel.QRxLevMin配置的最低接收電平值才能使NB-IoT同頻、異頻鄰區(qū)測(cè)量更早啟動(dòng)，但這將使小區(qū)選擇的要求變高。

3 典型案例

3.1 某市重選參數(shù)設(shè)置不合理導(dǎo)致NB-IoT測(cè)試SINR差

（1）問(wèn)題描述

某市在進(jìn)行性能測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)由于重選異常導(dǎo)致整體SINR值偏低。

（2）問(wèn)題分析

選取某市某特定區(qū)域作為組網(wǎng)驗(yàn)證區(qū)域，涉及NB站點(diǎn)40個(gè)，102個(gè)扇區(qū)。規(guī)劃測(cè)試路線60km，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)3小時(shí)。測(cè)試配置使用高通芯片鼎利終端、Pioneer測(cè)試軟件。測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)部分路段存在重選不及時(shí)導(dǎo)致測(cè)試路段SINR差，甚至脫網(wǎng)情況出現(xiàn)。

圖3 某市測(cè)試問(wèn)題圖

NB-IoT重選不及時(shí)分析：從鼎利軟件解析上來(lái)看，空口采集的測(cè)試LOG中，重選過(guò)程服務(wù)小區(qū)SINR低，在重選過(guò)程中及重選后有幾個(gè)點(diǎn)重復(fù)讀取該值。如圖中重選過(guò)程中03∶50∶17.579 到 03∶50∶19.202 時(shí)間段內(nèi) 2s多持續(xù)記錄 SINR 值保持上一次重選完成后的測(cè)量值。與鼎利廠家確認(rèn)終端上報(bào)機(jī)制：在終端重選后的低S I N R采樣，在Pioneer軟件上數(shù)據(jù)解析采用繼承機(jī)制，即終端天線端口上報(bào)數(shù)據(jù)的頻率低時(shí)，測(cè)試軟件繼承上一個(gè)數(shù)據(jù)一段時(shí)間，然后等待數(shù)據(jù)更新。

圖4 重選問(wèn)題信令截圖

從整體原因來(lái)看，影響NB-IoT終端測(cè)試重選不及時(shí)的主要原因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)置，默認(rèn)設(shè)置SIB消息下發(fā)周期、小區(qū)重選遲滯值、同頻重選時(shí)間等重選相關(guān)參數(shù)均設(shè)置較大，終端較難從主服小區(qū)重選至目標(biāo)小區(qū)。

表2 優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比

（3）測(cè)試驗(yàn)證

經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)修改及鼎利軟件設(shè)置修改，對(duì)某市NB-IoT網(wǎng)絡(luò)連片區(qū)域進(jìn)行驗(yàn)證，拉網(wǎng)驗(yàn)證綜合覆蓋率提升明顯，平均提升5.7%；SINR提升在1db左右。詳見(jiàn)下表：

表3 優(yōu)化前后表格對(duì)比

表4 優(yōu)化前后重選業(yè)務(wù)表格對(duì)比

由于重選不及時(shí)導(dǎo)致的SINR質(zhì)差問(wèn)題路段，修改后解決效果明顯。依舊存在少部分SINR質(zhì)差路段，這是由于RSRP覆蓋較弱導(dǎo)致。

優(yōu)化前后主要指標(biāo)對(duì)比：

圖5 優(yōu)化前后RSRP對(duì)比

圖6 優(yōu)化前后SINR對(duì)比

從上面可以看出，修改重選參數(shù)并優(yōu)化后，全網(wǎng)路測(cè)的覆蓋率得到明顯提升，從79.37%上升到85.71%，RSRP和SINR也得到明顯提升。

4 總結(jié)

通過(guò)研究NB-IoT移動(dòng)性管理機(jī)制，總結(jié)輸出了NB-IoT重選業(yè)務(wù)優(yōu)化方法。SIB消息下發(fā)周期、小區(qū)重選遲滯值、同頻重選時(shí)間等重選相關(guān)參數(shù)對(duì)重選性能影響較大，通過(guò)優(yōu)化重選參數(shù)加快終端重選速度，提升了NB-IoT整體網(wǎng)絡(luò)性能。